《防雷知识讲座压缩》PPT课件.ppt

1、,雷电安全知识讲座,天津市滨海新区防雷中心,2011年4月15日 联系电话通过长期考察： 大气中总是含有大量气体正、负离子，大气具有微弱导电性。这些带电粒子的生成、运动和不同带电离子的分离、聚集使大气显电性，产生大气电场、电流，导致大中雷电的产生。,实际测量表明： 各地地面大气电场强度是因时、因地而异，由此可知，大气电场不唯一决定于地球带电，还与空间电荷分布有关。,一、雷电的形成,起电机制 雷击是指一部分带电 的云层与另一部分带异种 电荷的云层或者带电的云 层与大地之间迅猛的放电 。这种迅猛的放电过程产 生强烈的闪光并伴随巨大 的声音。 雷电与带电的云层存 在分不开，

2、人们通常把发 生闪电的云称为雷雨云。实际上与闪电有关的云有多种，例如层积云、雨层云、积云、积雨云等，但最重要的是积雨云，人们通常提到的总是指积雨云。, 雷击过程 当天空中有雷雨云的时候，因雷雨云带有大量的电荷，由于静电感应的作用，雷雨云下方的地面和地面上的物体都带上了与雷雨云相反的电荷，当雷雨云与地面之间的电压高到一定的时候，雷雨云与地面上突出的物体之间就会出现放电。分枝状的放电主通道到达地面，或与大地放电迎面会合以后，就形成云层到地面的全程（雷击放电通道）放电 ，这就是雷击。,闪电通道的特征： 在雷击放电通道中，雷雨云与大地之间凝聚着大量的电荷，通过在放电先导所开辟的狭小电离通道（雷击放电通

3、道）中发生猛烈的电荷中和，释放出大量的能量，以至在雷击放电通道中产生万度的高温并发出强烈的闪光和震耳欲聋的雷鸣，在雷击中，雷击点有巨大的雷电流流过。,带负电荷的雷雨云向大地放电为负闪击，带正电荷的雷雨云向大地放电为正闪击，雷雨云对大地放电多为负闪击，其电流峰值以20-50kA居多。 通常一次雷电包括3-4次放电，一般是第一次放电的电流最大，正闪击的电流比负闪击的电流大，其电流峰值往往在100kA以上。,雷击产生雷电流,连接先导：当具有负电位的梯式先导到达地面 附近，离地约5-50m时，可形成很强的地面大气 电场，使地面的正电荷向上运动，并产生从地面 向上发展的正流光，这就是连接先导。连接先导

4、大多发生与地面凸起物处。,回击： 当梯级先导与连接 先导会合，形成一股明亮的 光柱，沿着梯式先导所形成 的电离通道由地面高速冲向 云中，这称为回击。,单次闪击和多次闪击：由一次闪击构成的地闪称为单次地闪，由多次闪击构成的地闪称为多闪击地闪。下图给出用照相法摄取的多闪击照片。一次闪电过程由12次闪击构成。第一闪击后的各闪击称为随后闪击。通常一次地闪过程多由24次闪击构成，个别地闪过程的闪击数可达26次之多。,二、雷电的分类,大量的观测事实表明：大地被雷击时，多数是负电荷从雷雨云向大地放电，称之为负地闪；少数是正电荷从雷雨云向大地放电，称之正地闪。,云层是否发生闪电，取决于云体的电荷量及对地高度或

5、者说是云地间的电场强度。,在一块雷雨云发生的多次雷击中，最后一次雷击往往是雷雨云上的正电荷向大地放电。,根据闪电出现位置、形状、声音和危害分类,空间位置,云际闪电云内闪电,云地闪电,云际放电： 当带有正负不同电荷的两块云之间的电场达到可击穿强度时，在两块云之间发生的放电现象。,云内放电： 在同一块云中，不同云区带有正负不同的电荷，在正负荷电区之间的电场达到可击穿强度时，在同一块云中同样可发生放电现象，此现象称之为云内放电。,云地放电： 发生在匀层和大地之间的放电现象。,无声放电： 最常出现的一种无声放电是被称为“爱尔马圣火”。由于暴风雨等原因，大气中的电场强度大大地增长起来，在地球面的突出物体

6、附近，电场强度很容易达到30kV/cm的强度，导致在突出部分发生静寂放电。这是一种非雷云与大地间放电和没有雷声的闪电现象，实际上就是尖端电晕放电。放电时，突出物周围会呈现出冒烟状或光膜状。当电场强度很强时，就会形成单独束状放电，由物体周围放射出来。这种放电现象对电讯系统有干扰。,片状闪电: 是出现在云的表面上的闪光，它有时可能是被云块遮没的火花闪电的延光，也可能是在云的上部发出来的丛集的、若隐若现的一种特殊的放电作用的光。这种闪电，表示云中电场的能量虽然已经足够产生放电，但是新加入的电量却太少，以致在闪烁放电尚未转变到火花（线状）放电以前，原有的储电量已经用完了，仅仅伴随有片状闪电的雷暴，是一

7、种较弱放电现象，通常会对电力系统引入日较弱的感应过电压。,链形闪电： 比较罕见，是一条发光的虚线 ，一条链子一样，在云与大地间放 电或云与云间放电时均可能出现。 似乎是介于线状闪电与球形闪电之间的一种过渡形式。,球形闪电： 是最奇妙、最罕见和最神秘莫测的一种闪电，由拳头般大小到足球那样大的球形发光体所组成，活动速度不大，可以看到移动，它走的路径极不规则，往往与风向一致，它出现时，常有尖哨声或嗡嗡声，有时会安然地消失，但有时也会发生恐怖的爆炸。它消失时，往往留下具有刺激性的轻烟雾。 球形闪电存在的时间可由几秒到几分钟，它能在一个地方停留一些时候，一面冒烟，一面发出火花，目前，国际上对于球形闪电也

8、还没有很完善的解释，科学家们仍在研究中。,三、雷电的危害,雷电灾害，也是目前中国十大自然灾害之一。据统计，我国有21个省、区、市雷暴日在50天以上，最多的可达134天。仅1998年和1999年两年，中国因雷击造成的直接经济损失达百万元以上的有38起。每年因雷电灾害伤亡的人员约为3000-5000人，造成的财产损失在70100亿元左右。我国的雷电灾害损失80%以上涉及电子、通讯和配电系统。如，证卷交易所、卫星地面站机房、通信机站遭雷击，不仅会造成巨大的经济损失，也给社会带来难以估量的间接损失，对社会影响很大。,直击雷的危害 （一）雷电流的热效应 在雷云对地放电时，强大的雷电流从雷击点注 入被击物

9、体，由于雷电流幅值高达数十至数百千安，其热效应可以在雷击点局部范围内产生高达600010000C，甚至更高的温度，能够使金属熔化，树木、草堆引燃；当雷电波侵入建筑物内低压供配电线路时，可以将线路熔断。这些由雷电流的巨大能量使被击物体燃烧或金属材料熔化的现象都属于典型的雷电流的热效应破坏作用，如果防护不当，就会造成灾害。,雷击烧毁树木,雷击电流热效应使设备烧损的事例,（二）雷电流的机械效应与冲击波效应,雷电的直接破坏作用除了热效应外，还有机械效应和冲击波。在雷云对地放电时，这两种效应与热效应一样，均能对地面被击物体造成严重损害。但从危害的方式来看，两者有所不同，前者是产生电动力和内压力，后者则是

10、产生冲击波。下面将讨论机械效应与冲击波效应的产生机理及其破坏作用。,在发生雷击时，雷电的机械效应所产生的破坏作用主要表现为两种形式： 一、是雷电流流过金属物体时产生 的电动力； 二、是雷电流注入树木或建筑构件 时在它们内部产生的内压力。,电动力造成飞机被雷击坏,在被击物体内部产生内压力是雷电流机械效应破坏作用的另一种表现形式。由于雷电流幅值很高，且作用时间又很短，当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内部将瞬时地产生大量热量。在短时间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。这种内压力是一种爆炸力，能够使被击树木劈裂和使建筑构件崩塌。有关这类现象，

11、国内外均时有报道。, 内压 力造 成树 木被 雷击 而折 断。,树木劈裂和建筑物的崩塌,近些年来，随着信息处理技术的广泛应用，大量电子设备正普遍地进入各种建筑物内，建筑物之间的信息交换与传递也日趋增强，这就使得雷电脉冲磁场的危害性变得越来越严重。 雷电流不仅能产生脉冲磁场，而且也能产生脉冲电场，并能以电磁波的形式直接辐射到电子设备中去，使电子设备受到干扰或被损坏。,雷击电磁脉冲的危害,（一）雷电的静电感应,雷电的静电感应与电磁感应作用属于雷电的间接破坏作用。由雷电的静电感应与电磁感应所产生的暂态过电压比以上所述的直接破坏作用具有更大的危害范围，它能够损坏建筑物内的信息系统和电气设备，甚至造成人

12、员伤亡，因此，在防雷设计中，一直受到关注。,1、在建筑物顶部金属体上的静电感应,城镇的建筑物区域，常可以见到一些顶部大面积金属体的建筑物，例如半球形铜壳装饰成的圆顶楼，用铜材或铁皮包装屋顶的建筑物。当这种建筑物上空有雷云生成并向下发展下行先导时，由于雷云和先导通道中电荷的感应作用，在建筑物顶部的金属体上将出现反极性的感应电荷，如图所示。,金属屋顶上的静电感应,在该图中示出的是常见的负雷云对地放电，雷云及下行先导通道中的电荷为负，而在建筑物金属屋顶上感应出的电荷为正。,如果建筑物金属屋顶或顶部金属对地绝缘，则在静电感应所引起的高电压作用下，金属体对其下方的某些接地物体将会造成火花放电，导致设备和

13、人员的损坏和伤亡，还可能会引发火灾。如果顶部金属体的接地引下线在某个部位断开或电阻过大，则在这些部位也将出现高电压，造成局部火花放电，危及建筑物内设备与人员的安全。 很明显，要减小雷电静电感应的危害程度，就必须设法减少在建筑物顶部金属体上的感应电荷，这就需要将金属体良好地接地，以尽可能快地将感应电荷泄放入地。,在各种架空线路上，同样会因雷云对地放电而产生静电感应电荷。现仍以常见的负雷云对地放电为例，来说明架空线路上感应电荷和高电压的产生机理。,2、在架空线路上的静电感应,图 架空线上感应过电压的形成（1）回击前（2）回击后,如图（1）所示，当雷云下行负先导向地面发展时，先导通道携带的负电荷将在

14、最靠近其前端的一段导线上感应出正电荷，在先导尚未到达地面，即回击尚未发生时，这些正电荷将受到先导通道中负电荷的束缚，成为不能自由运动的束缚电荷。而此时导线上与正束缚电荷相应的负电荷则被排斥向两侧运动，经线路的泄漏电导和电网的中性点进入大地。 当先导到达地面时，回击就发生，如图（2）所示，原先导通道中的负电荷被迅速中和，这就消除了对导线上正电荷的束缚，这些失去束缚的正电荷将向两侧运动，形成过电压波，其波速接近于光速。由于回击的平均速度很快，导线上正电荷被释放的时间也很短，所以过电压波的幅值是很高的。,感应过电压波向导线两侧传播，当它沿线路进入建筑物内时，将会对建筑物内的信息系统和电气设备造成损坏

15、。这种沿线路进入建筑物内的感应过电压波常称为雷电侵入波，它是一种典型的雷电暂态过电压，对信息系统中的电子和微电子设备极具危害性，在防雷设计中需要采取专门的措施加以防护。,（二）电磁感应,当建筑物遭受雷击时，雷电流将沿建筑物防雷装置（钢筋或其他金属结构）中各分支导体流入大地。即使建筑物安装了防雷装置，如果建筑物内部电子设备机房未安装防感应雷装置，沿分支导体流动的雷电流将在建筑物内部空间产生暂态脉冲磁场，脉冲磁场交链不同空间位置上的导体回路，就会在这些回路中感应出过电压和过电流，它们常会使得感应回路端接的电子设备受到损坏。,跨步电压与接触电压,暂态电位升高不仅能对信息系统和电气设备造成危害，而且也

16、能对人身安全构成威胁。在发生雷击时，雷电流流经接地体散入大地，将在周围土壤中产生压降，使附近地面上不同点之间出现电位差。如果人站在这块具有不均匀电位分布的地面上，则在人的两只脚之间就存在着一定的电压，。在工程上，常将人跨一步的步长取为0.8m，并把这一距离两端的电位差称为跨步电压。跨步电压的大小直接关系到地面上行走人员的安全，是防雷与接地设计中必须要考虑的一个重要安全指标。它与多种因素有关，如接地体深度、土壤结构、土壤电阻率、雷电流幅值与波头陡度等。在土壤电阻率小的地方，接地体周围的暂态电位分布曲线比较平滑，跨步电压较小；而在土壤电阻率大的地方，电位分布曲线则比较陡翘，跨步电压较大。当跨步电压超过允许值时，就会造成人员伤亡。,防雷小常识 在屋外： 应迅速躲入有防雷保护的建（构）筑物内，或有金属顶的各种车辆及有金属壳体的船舶内。 打雷时，不要跑，蹲在地势较低的地上，双膝下蹲，向前弯曲，双手抱膝。 不要站在大树下避雨，不要去山顶、坡顶、楼顶等较高的地方，不要靠近湖、河等，远离烟囱、铁塔等高耸建筑物。 不宜打尖端为金属的雨伞，不要把锄头、铁锹等金属性质或长形物品扛在肩上，不宜打手机。 开车时人躲在车内，不要将身体伸到车外。,在屋内：,不要靠近窗口，尽可能远离电灯、电线、电话线等金属线。 不要使用电话线上网，不要打电话，应断开家电的电源和电视室外接天线。 不要触摸水管等金属